收稿日期22作者简介张志亮(3—),男,年毕业于中国地质大学(北京)地质工程专业,工学硕士,助理工程师。
文章编号:167227479(2010)022*******综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用张志亮(中铁第一勘察设计院集团公司,陕西西安 710043)App li ca ti on of Syn theti c M ethod for Geolog i ca l I nvesti ga tion ofTunnel Engi n eer i n g i n L oess R i dge 2H illy Ar eaZhang Zhiliang 摘 要 黄土梁峁区在我国西北分布广泛,由于地表被厚层风积黄土覆盖,给该地区隧道工程的地质勘察工作带来一定难度。
以宝鸡—兰州客运专线某隧道工程的勘察工作为例,针对黄土梁峁区的地形地质及隧道工程特点,采用了航片判释、地面地质调查、物探、钻探等综合地质勘察方法,查明了隧道区地层岩性、构造的分布及特征,为工程设计及施工提供了较为准确的地质资料。
关键词 综合地质勘察 黄土梁峁区 隧道工程中图分类号:P624 文献标识码:B 黄土梁峁区广泛分布于我国西北甘肃、宁夏等地,区内黄土沟壑纵横,梁峁起伏(图1)。
下伏基岩往往与地形的起伏相吻合,且地质条件复杂。
由于地表覆盖数十米甚至上百米的风积黄土,基岩及构造在地表出露较少,给工程地质勘察工作造成一定的难度。
图1 黄土梁峁区针对黄土梁峁区的地形地质特点,结合某铁路隧道工程,有针对性的采用一套行之有效的综合地质勘察方法,基本查明了该隧道的地质情况,为工程设计和施工提供了较为准确的地质资料。
1 工程地质概况111 工程概况宝鸡至兰州客运专线长约400km ,设计时速350km 。
该隧道工程位于甘肃省定西市,起讫里程为DK853+986～DK856+595,全长2609m ,为双线隧道,隧道洞身最大埋深165m 。
112 地形地貌隧道地貌属黄土梁峁区,区内黄土沟壑纵横,梁峁起伏,冲沟发育,沟深坡陡。
地面高程1710～1890m ,自然坡度在20°～30°之间。
113 地质构造隧道地处陇西系内旋褶带,地质构造复杂。
新构造运动在区内表现为差异性整体抬升运动,山地断块强烈隆升,盆地相对下沉,形成现今的地貌态和格局。
114 地层概况及水文地质特征该隧道地层由新至老包括了第四系上更新统风积黄土、上第三系泥岩、二叠系上统砂岩夹板岩、下元古界片麻岩等地层。
隧道工程影响范围内无地下水发育,沟谷内仅在雨季有少量地表水径流。
2 综合地质勘察方法及过程主要采用航片判释、地面地质调查、物探和钻探等方法进行勘察工作。
1 航片判释根据航片判释,隧道基本被全新统上更新统风积76综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用:张志亮:20100124:198200821黄土所覆盖,基岩仅在隧道进口山坡坡脚及隧道中部深切沟谷底部有出露。
出露岩性推测为片麻岩和砂岩,需进行实地验证。
212 地面地质调查结合区域地质资料和航片判释成果,地面地质调查采用沿线路调查和区域重点地质调查结合的方式进行。
主要查明地层岩性特征,基岩出露处岩层产状、风化程度等情况。
隧道进口坡脚出露下元古界片麻岩,青灰、灰白色,强风化为主,节理发育,岩层产状为N S/80°W;隧道中部DK855+600沟谷底部出露上第三系泥岩及二叠系上统砂岩夹板岩。
泥岩具水平层理,砂岩夹板岩产状为N40°E/60°N 。
213 物探地球物理勘探(简称物探)是以地壳表部岩、土的物理性质(如电、磁、声、光、热、密度、弹性、放射等)的差异为理论基础,用物探仪器探测地下天然的或人工的物理场变化,借以查明地层、构造,测定岩、土的物理力学性质及水文地质参数的一种勘探方法。
物探具有工效高、成本低、应用广、透视性强等优点,但也存在有条件性、多解性等局限性。
物探方法包括电法勘探、弹性波勘探、磁法勘探、放射性勘探、核磁共振法等,各有其应用范围和使用条件。
针对该隧道工程特点,物探工作采用高密度电法沿中线贯通隧道,并在进出口部位用地震折射法验证。
高密度电法使用仪器为G EOPEN 公司的E60BN 电法仪,电极距10m ,96根电极;地震折射层析法使用仪器为瑞典RAS 224数字地震仪,道间距10m ,完成504个炮检点。
表1 各种岩土电阻率及纵波波速物探参数岩土类别黄土泥岩砂岩板岩片麻岩电阻率/(Ωm )20～20010～10010～100010～100200～34000纵波波速/(m /s)300～900800～18001300～40003650～44506000～6700依据岩土物探参数(见表1)综合分析,划分地层,绘制物探地质纵断面:(1)表层覆盖层波速范围为300～800m /s,电阻率ρ=50～200Ωm ,深浅不一,在5～100m 间,主要为黄土。
(2)表层下有一波速范围为1100～2300m /s 的层,电阻率ρ<3Ω,结合地质资料,推断为第三系泥岩,最大厚度可达6。
(3)最下面为二叠系砂岩夹板岩和元古界片麻岩。
二叠系砂岩夹板岩的电阻率ρ=50～300Ωm ,波速范围为2800～3500m /s;元古界片麻岩的电阻率ρ=50～300Ωm ,波速范围为5000～6000m /s 。
DK855+100处推测为片麻岩与砂岩夹板岩接触带。
在高密度电法反演图中发现,DK 855+900附近洞身位置电阻率明显降低(见图2),推测可能为隐伏的断层接触带,岩石相对破碎。
图2 电阻率法成果 214 钻探根据地质调查和物探成果,有针对性的布置钻孔的位置。
在隧道进出口布置两个钻孔,浅埋段布置两个钻孔,地形变化处布置两个钻孔,并在物探推测断层位置DK 855+900处布置一个钻孔,在物探推测片麻岩与砂岩接触带处布置一个钻孔。
共完成钻探10孔,钻探深度90416m 。
各孔均取岩、土样进行土工试验,其中取原状土样共计36组,岩样共计6组。
各孔均进行原位试验,其中标准贯入试验共计93次,动力触探试验23次。
通过岩芯鉴定、室内试验和原位试验,对隧道洞身岩层的岩性有了更加直观和准确的认识。
地层岩性特征如下。
砂质黄土(Q 3eol3):浅黄色,主要分布于隧道进出口及洞身顶部,厚度10～120m ,成分以粉粒为主,手搓有砂感,具孔隙,土质均匀,稍湿—潮湿,稍密—中密,Ⅱ级普通土,σ0=150kPa,具有Ⅲ级自重湿陷性,湿陷土层厚度10～16m 。
泥岩(N 1M s):棕红色,成分以黏土矿物为主,泥质胶结,泥质结构,层状构造,成岩作用差,强风化,Ⅲ级硬土,σ0=300kPa,弱风化,Ⅳ级软石,σ0=400kPa 。
砂岩(P 2Ss ):青灰—紫红色,层状构造,中—细粒砂状结构,泥—铁质胶结,含钙质泥质砂团块,节理较发育。
强风化,Ⅴ级次坚石,σ=6;弱风化,Ⅴ级次坚石,σ=。
板岩()浅灰—灰黑色,成分为长石、石英为86铁 道 勘 察2010年第2期0m 0m 000kPa 0800kPa P 2sl :主,片状结构,层状构造,锤击声脆,不易破碎,强风化,Ⅴ级次坚石,σ0=600kPa;弱风化,Ⅴ级次坚石,σ0=800kPa 。
片麻岩(P t1Gn):青灰—灰白色,局部肉红色,主要成分为石英、长石及黑云母,变晶结构,片麻状构造,节理发育,Ⅴ级次坚石,σ0=600kPa;弱风化,Ⅴ级次坚石,σ0=800kPa 。
3 勘察成果根据钻探成果对地层的划分进行进一步的修正,绘制隧道洞身地质纵断面(图3)。
可以看到,对于物探推测的DK 855+900处的隐伏断层在钻孔中也有揭示,并根据岩芯擦痕判断为逆断层;元古界片麻岩与二叠系砂岩的接触带与物探推测也基本一致。
图3 隧道洞身地质纵断面 根据室内试验成果,结合地层的纵波波速,可以对隧道围岩等级进行划分(见表2)。
表2 隧道洞身围岩等级里程范围长度/m围岩分级地层时代地层岩性DK853+986～DK854+03044ⅤQ 3、P t1砂质黄土、强风化片麻岩DK854+030～DK854+06030ⅣP t1强风化片麻岩DK854+060～DK854+830770ⅢP t1弱风化片麻岩DK854+830～DK855+000170ⅣP t1强风化片麻岩DK855+000～DK855+270270ⅤN 1、P 2、P t1泥岩、砂岩夹板岩、强风化片麻岩DK855+270～DK855+850580ⅣP 2砂岩夹板岩DK855+850～DK855+93080ⅤP 2弱风化砂岩、断层角砾DK855+930～DK856+500570ⅣP 2砂岩夹板岩DK856+500～DK856+59595ⅤQ 3、N 1、P 2砂质黄土、泥岩、砂岩夹板岩4 结论黄土梁峁区一般被厚层风积黄土覆盖,地质情况往往不能在表面发现。
隧道工程作为地下工程,受地层岩性、地质构造的影响很大。
黄土梁峁区隧道工程的地质勘察,应当采用综合地质勘察方法。
特别是物探方法的使用,起到了事半功倍的作用。
不仅用于了解地层分布,发现隐伏的地质构造,而且可以结合岩层物理参数,为划分隧道围岩等级和岩土施工工程等级提供依据。
在物探的基础上进行钻探工作,并对物探成果进行验证甚至再分析,从而使其在工程勘察中发挥最大的作用。
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